JPH06272991A - ソーラーエアコン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基準電圧発生器７，電位差変換器８，ＯＮ−
ＯＦＦ判定器９，負荷電流リミッタ１０，インバータ負
荷制御回路１１からなりインバータ負荷を調整する制御
系と、基準電圧発生器７，電位差変換器８，比例変換器
１３，電圧上下限リミッタ１４，商用電源側の電圧調整
器１２からなり商用電圧を調整する制御系とを併設す
る。 【効果】 日射低下が小さい場合、インバータ負荷調整
は行なわず、日射低下が大きい場合だけ、インバータ負
荷を下げるので、快適性を維持できる。日射変動に影響
されず、常に太陽電池の電圧を最適動作電圧に維持でき
る。太陽電池の高効率運転ができる。低日射時にインバ
ータ負荷電力を下げ、商用交流電力の投入を抑制し、商
用交流電力系統の電源変動および投入電力量を軽減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソーラーエアコンに係
り、特に、太陽電池を用いない通常のエアコンと同等の
快適さを確保しながら、日射が変動する時の商用電源へ
の負荷の激変を抑制するための制御手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のソーラーエアコンは、どれも太陽
電池と商用電源とを併用し、インバータ負荷に必要な電
力を供給するシステムを採用している。この種のシステ
ムにおいては、太陽電池出力を優先してインバータ負荷
に供給し、不足電力分を商用電源から供給する。なお、
法的規制により、太陽電池単独での運転ができないよう
にシステムを構成してある。

【０００３】図７は、インバータ負荷側に太陽電池を直
接接続し、何ら制御せずにソーラーエアコンを運転した
場合の室温および電力系統の時間的変化を模式的に示す
図である。例えば午前８時にエアコンを起動すると、イ
ンバータ負荷電力が急激に上昇し、負荷側のインピーダ
ンスが小さくなるので、インバータ負荷電圧が低下す
る。すなわち、太陽電池出力電圧が低下し、最適動作電
圧を一時的に下回ることになる。

【０００４】図８は、太陽電池の基本特性を示す図であ
る。この図からも明らかなように、インバータ負荷電圧
が最適動作電圧から低下したときは、出力の損失はゆる
やかに増加する。室温が一定となりインバータ負荷が減
少した状況で日射が増加すると、太陽電池から見た負荷
側のインピーダンスが大きいため、インバータ負荷側電
圧すなわち太陽電池電圧が上昇し、最適動作電圧を上回
る。インバータ負荷電圧が最適動作電圧を上回ったとき
は、太陽電池の特性上、太陽電池出力の急激な損失を招
き、太陽電池出力電圧が低下する場合以上に大きな損失
となる。

【０００５】このようにソーラーエアコンでは、いかに
効率良く太陽電池出力を負荷に供給すか、換言すれば、
太陽電池と負荷とのインピーダンスをどのようにマッチ
ングさせるかが問題になる。

【０００６】この種の従来技術には、例えば『太陽電池
エアコンの運転特性』(1992年6月，太陽光発電懇話会発
行，９回太陽光発電システムシンポジウム予稿集，pp5-
23，〜5-30）に記載されているソーラーエアコンがあ
る。このソーラーエアコンにおいては、商用電源の整流
回路出口側に太陽電池の出力を直接接続するのではな
く、インターフェスとしてのＤＣ／ＤＣコンバータを介
して接続している。

【０００７】このシステムには、太陽電池最大出力点追
尾制御回路が設けられている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータを用いて高周波スイッチングのデューティ比を
変えることにより、太陽電池からの出力電圧を最適動作
電圧に制御する方法を採用している。

【０００８】図９は、この種の従来技術による運転特性
を示す。商用交流電力は、日射低下時にインバータ負荷
電力を太陽電池で賄えない分を補うために投入されるの
で、変動が大きくなる。特に、雲の流れが早く日照と日
陰が頻繁に繰り返されるような状況では、この変動が地
域全体としても頻繁に発生する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、以
下のような問題がある。 (１)上記システム構成のソーラーエアコンが普及した場
合、日射変動に伴う商用電源系統の電源変動が問題にな
る。 (２)従来技術によるソーラーエアコンの制御方式では、
太陽電池を用いない従来のエアコンと同様の快適性は得
られるが、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび最大出力点追尾
制御装置（最適動作電圧追尾制御装置）を必要とし、コ
ストの上昇を招き、マイコンチップを使用するため制御
が複雑になり、トラブル要因が大きくなる。 (３)太陽電池を用いるソーラーエアコンの目的は、省エ
ネルギーであるが、従来のエアコンの快適性を損なわな
いで、商用交流電力を更に削減するという対策がなされ
ていない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、商用交流電力を整流器により整流した直流
電力と太陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力と
をインバータ回路により調整して電気負荷機器に供給す
るソーラーエアコンにおいて、太陽エネルギー電気変換
器の最適動作電圧を発生する基準電圧発生器と、基準電
圧発生器の出力電圧と整流器の出口側電圧とを比較し電
圧差信号を出力する電位差変換器と、電位差信号に基づ
き電気負荷機器の制御の要否を判定する負荷制御判定器
と、判定の結果に基づき太陽エネルギー電気変換器の出
力電圧が最適動作電圧を常に保つように電気負荷機器の
負荷電流を制御する負荷制御回路と、負荷電流の最低値
を制限する負荷電流リミッタとからなるソーラーエアコ
ンを提案するものである。

【００１１】本発明は、また、上記目的を達成するた
め、商用交流電力を整流器により整流した直流電力と太
陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力とをインバ
ータ回路により調整して電気負荷機器に供給するソーラ
ーエアコンにおいて、前記太陽エネルギー電気変換器の
最適動作電圧を発生する基準電圧発生器と、基準電圧発
生器の出力電圧と整流器の出口側電圧とを比較し電圧差
信号を出力する電位差変換器と、電位差信号を整流器へ
の入力電圧を制御する信号に変換する比例変換器と、整
流器入力電圧制御信号に基づき商用交流電圧を調整し太
陽電池出力電圧を最適動作電圧に制御する電圧調整器
と、電圧調整器の上下限電圧を制限するリミッタとから
なるソーラーエアコンを提案するものである。

【００１２】本発明は、さらに、上記目的を達成するた
め、商用交流電力を整流器により整流した直流電力と太
陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力とをインバ
ータ回路により調整して電気負荷機器を供給するソーラ
ーエアコンにおいて、太陽エネルギー電気変換器の最適
動作電圧を発生する基準電圧発生器と、基準電圧発生器
の出力電圧と整流器の出口側電圧とを比較し電圧差信号
を出力する電位差変換器と、電位差信号に基づき電気負
荷機器の制御の要否を判定する負荷制御判定器と、判定
の結果に基づき太陽エネルギー電気変換器の出力電圧が
最適動作電圧を常に保つように電気負荷機器の負荷電流
を制御する負荷制御回路と、負荷電流の最低値を制限す
る負荷電流リミッタと、電位差信号を前記整流器への入
力電圧を制御する信号に変換する比例変換器と、整流器
入力電圧制御信号に基づき商用交流電圧を調整し太陽電
池出力電圧を最適動作電圧に制御する電圧調整器と、電
圧調整器の上下限電圧を制限し商用交流電圧が上限に達
したときに負荷制御回路による制御に切換え日射が回復
した時に電圧調整器による制御に戻すリミッタとからな
るソーラーエアコンを提案するものである。

【００１３】なお、上記太陽エネルギー電気変換器の最
適動作電圧を発生する基準電圧発生器と、基準電圧発生
器の出力電圧と整流器の出口側電圧とを比較し電圧差信
号を出力する電位差変換器と、電位差信号に基づき電気
負荷機器の制御の要否を判定する負荷制御判定器との組
合せに代えて、日射量を測定センサと、その日射量に基
づき前記電気負荷機器の制御の要否を判定する負荷制御
判定器との組合せを用いることもできる。

【００１４】

【作用】本発明によるソーラーエアコンの制御には、 (１)省エネルギーに重点を置き、日射に追従してインバ
ータ負荷を直接的に調節し、太陽電池側の電圧を太陽電
池の最適動作電圧に制御する方式 (２)快適性に重点を置き、商用電源側の電圧を調整し、
太陽電池側の電圧を太陽電池の最適動作電圧に制御する
方式 (３)省エネルギーと快適性との双方に重点を置き、(１)
と(２)の方式を併用した制御方式 がある。以下、これらの制御方式の構成要素の作用を説
明する。

【００１５】(１)省エネルギーに重点を置いたソーラー
エアコン制御方式 ソーラーエアコンで最も高い省エネルギー効果を得るに
は、日射に追従して負荷を調節し、商用交流電力を使わ
ずに太陽電池だけで運転することである。この場合、日
によっては日射変動が大きく、エアコンの最低負荷を賄
うだけの発電ができず、エアコンが停止することがあ
る。そこで、本方式においては、太陽電池と商用電源と
を併用し、日射追従負荷制御を実行する。すなわち、日
射が低下すると、インバータ負荷を調節し、太陽電池電
圧を最適動作電圧に制御して高効率運転を維持し、商用
交流電力を極力削減して電源変動を抑制し、エアコンの
停止を回避する。

【００１６】日射追従負荷制御回路は、基準電圧発生
器，電位差変換器，ＯＮ−ＯＦＦ判定器，負荷電流リミ
ッタ，インバータ負荷制御回路等からなる。基準電圧発
生器は、設置する太陽電池の最適動作電圧と同等の基準
電圧を作る。電位差変換器は、エアコン整流器出口側電
圧（太陽電池側電圧）と基準電圧との差をＯＮ−ＯＦＦ
判定器に出力する。ＯＮ−ＯＦＦ判定器は、インバータ
負荷制御回路に制御信号を送るかどうかを判定し、電位
差変換器の出力が正（日射が低く、基準電圧の方が高
い）の場合、ＯＮ信号を送信する。負荷電流リミッタ
は、負荷電流を監視し、最低負荷電流であれば、ＯＦＦ
の状態を維持し、インバータ負荷制御回路への制御信号
の送信を解除する。したがって、エアコンを停止させる
ことはない。インバータ負荷制御回路は、負荷電流を制
限する回路であり、通常、インバータエアコンには過負
荷制御回路として装備されており、ＯＮ−ＯＦＦの制御
信号で作動し、ＯＮ信号で負荷電流を下げる働きをす
る。

【００１７】なお、基準電圧発生器と電位差変換器との
組合せに代えて、日射量を表す電気信号を出力する機器
を用いると、日射量に対応した太陽電池出力のみで運転
できる日射追従負荷制御も可能である。

【００１８】(２)快適性に重点を置いたソーラーエアコ
ン制御方式 太陽電池を用いないエアコン単体と同等の快適性を維持
するソーラーエアコンの最も良い制御方式は、太陽電池
と商用電源とでエアコンが要求する負荷電力を賄う制御
方式である。この制御方式によれば、エアコンには単体
で使用した場合と同等の電力が入力される。この場合、
太陽電池電圧は高効率運転の観点から、最適動作電圧制
御を実行する。

【００１９】最適動作電圧制御回路は、基準電圧発生
器，電位差変換器，比例変換器，電圧調整器，電圧上下
限リミッタ等からなる。基準電圧発生器は、設置する太
陽電池の最適動作電圧と同等の基準電圧を作る。電位差
変換器は、エアコン整流器出口側電圧（太陽電池側電
圧）と基準電圧との差を比例変換器に出力する。比例変
換器は、電位差変換器から出力された電圧を太陽電池が
接続されている直流系統の電圧を最適動作電圧になるよ
うな制御量に変換し、商用電源側の電圧を制御する電圧
調整器に送る。太陽電池電圧が基準電圧より高い場合は
商用電源側電圧を下げ、低い場合は逆に上げることで、
太陽電池側電圧を最適動作電圧に制御する。電圧調整器
は、制御信号で電圧を調整できる機器であれば良いが、
ここでは、比例変換器からの制御信号で電圧を調整でき
る例えばサイリスタを採用する。電圧上下限リミッタの
うち、上限リミッタは、電圧調整器の制御信号を制限す
るものであり、電圧調整器下流に設置される素子の耐電
圧で決定される。下限リミッタは、商用電源から最低負
荷電力の供給が可能な電圧で決定される。すなわち、日
射急変時に負荷電力を賄いきれずに異常停止することを
防止する。

【００２０】(３)省エネルギーおよび快適性双方に重点
を置いた制御方式 上記(１)の省エネルギーに重点を置いた制御方式と(２)
の快適性に重点を置いた制御方式を併用する制御方式で
ある。すなわち、日射変動が小さく太陽電池出力が大き
く変化しないで高日射状態を継続している場合は、(２)
の快適性に重点を置いた制御を行い、日射変動が極端に
大きく太陽電池出力も大きく変化する場合は、(１)の省
エネルギーに重点を置いた制御に移行する。したがっ
て、日射変動が小さい場合は、太陽電池を最適動作電圧
で運転し、高効率を確保する。インバータ負荷制御をし
ないから、快適性が確保される。太陽電池が高効率で運
転される分だけ、省エネルギー効果が得られる。商用電
源系統の電圧変動が小さくなる。一方、日射変動が大き
い場合は、太陽電池を最適動作電圧運転で運転し、高効
率を確保する。インバータ負荷を削減する制御を実行し
ても、日射低下が大きいと、気温が低下し、快適性を維
持できる。また、太陽電池を高効率運転した分と負荷削
減分とで省エネルギー効果を得られる。負荷削減によ
り、商用電源系統の電圧変動が小さくなる。

【００２１】制御回路は、上記(１)，(２)に示した回路
要素により構成される。この制御方式において制御方式
移行の判定は、電圧上限リミッタで実行する。すなわ
ち、日射低下に伴い太陽電池電圧が大きく低下し、電圧
調整器で太陽電池の最適動作電圧制御ができなくなった
電圧上限リミッタ作動状態では、(１)の制御に移り、日
射が回復したら、再度(２)の快適性に重点を置いた制御
に移る。したがって、ここに、示した電圧上限リミッタ
は、上記(２)に示した素子の耐電圧を考慮し、商用電源
系統からの突入電力の制限値から決定する。

【００２２】

【実施例】

《実施例１》図１は、省エネルギーに重点を置いた本発
明によるソーラーエアコン制御装置の一実施例の系統構
成を示すブロック図である。本実施例のソーラーエアコ
ンの電力供給系統には、商用電源１からエアコン室内機
２を経由し、エアコン室外機３の倍電圧整流器４を通
り、インバータ負荷５に供給する系統と、太陽電池６か
ら倍電圧整流器４の出口側を経由し、インバータ負荷５
に供給する系統との２系統がある。これら２つの電力供
給系統からの供給電力を調整する制御系として、日射追
従負荷制御回路を設けてある。日射追従負荷制御回路
は、基準電圧発生器７と、電位差変換器８と、ＯＮ−Ｏ
ＦＦ判定器９と、負荷電流リミッタ１０と、インバータ
負荷制御回路１１とからなる。

【００２３】商用交流電力だけで動作するエアコンに太
陽電池を単純に付加した方式の従来のソーラーエアコン
は、一定電力の供給を前提とした負荷制御システムを採
用している。したがって、日射変動に伴い太陽電池側の
供給電力が変動すると、その不足電力を補うために、商
用電源系統の電源変動が生ずることになる。

【００２４】これに対して、本実施例においては、負荷
制御システムに、日射に追従して負荷を直接的に制御す
る日射追従負荷制御回路を追加し、インバータ負荷を下
げ、日射低下時に投入される商用交流電力を抑制する機
能を持たせ、商用電源系統の電源変動を少なくしてい
る。

【００２５】図２は、日射追従負荷制御回路を用いた図
１のソーラーエアコンの運転特性を示す模式図である。
一般に市販されているエアコンに太陽電池を単純に接続
したソーラーエアコンでは、一定負荷のもとでは、日射
が低下すると、不足電力を補うために商用交流電力が投
入される。したがって、日射に比例して商用電源の変動
も大きくなる。日射低下時には、太陽電池のインピーダ
ンスが小さくなり、太陽電池側の電圧が低下し、最適動
作電圧を下回ることになり、太陽電池の高効率運転がで
きなくなる。

【００２６】そこで、本実施例においては、基準電圧発
生器７で太陽電池の最適動作電圧を発生させ、電位差変
換器８に送り、倍電圧整流器４の出口側電圧との差を求
め、その差信号をＯＮ−ＯＦＦ判定器９に送る。ＯＮ−
ＯＦＦ判定器９では、差信号が正（基準電圧が高い）で
あれば、ＯＮ状態の接点信号を負荷電流リミッタ１０を
介して、インバータ負荷制御回路１１に送信し、インバ
ータ負荷を下げる。インバータ負荷制御回路１１は、負
荷電流を制限する回路であり、通常は、インバータエア
コンに過負荷制御回路として装備されている。インバー
タ負荷制御回路１１は、ＯＮ−ＯＦＦの制御信号で作動
し、ＯＮ信号で負荷電流を下げる働きをする。負荷電流
リミッタ１０は、負荷電流を監視し、最低負荷電流であ
れば、ＯＦＦの状態を維持し、インバータ負荷制御回路
１１への制御信号の送信を解除する。したがって、エア
コンを停止させることはない。すなわち、日照時の太陽
電池電圧を最適動作電圧に制御し、高効率運転を実行す
るとともに、低日射時にインバータ負荷を下げ、商用交
流電力の投入を回避し、商用系統の電源変動を抑制する
とともに商用交流電力を削減し、省エネルギー効果をも
たらす。

【００２７】なお、図１のソーラーエアコン制御装置に
おいて、基準電圧発生器７および電位差変換器８に代え
て、（ここには図示していない）日射量測定センサを設
け、その出力をＯＮ−ＯＦＦ判定器９に送るように変更
すると、日射量に基づいて太陽電池出力だけでインバー
タ負荷を賄う省エネルギー効果の最も高い運転制御が可
能なソーラーエアコンが得られる。

【００２８】《実施例２》太陽電池を用いないエアコン
単体による快適性をソーラーエアコンにおいても確保す
る最も良い制御方法は、太陽電池と商用電源とでエアコ
ンが要求する負荷電力を賄う制御方法である。この制御
方法を採用すると、太陽電池を用いないエアコン単体を
使用した場合と同等の快適性が得られる。この場合、太
陽電池電圧については、高効率運転の観点から、最適動
作電圧追尾制御を実行する。

【００２９】図３は、快適性に重点を置いた本発明によ
るソーラーエアコン制御装置の一実施例の系統構成を示
すブロック図である。本実施例のソーラーエアコンの電
力供給系統は、商用交流電力系統１からエアコン室内機
２を経由し、エアコン室外機３の電圧調整器（サイリス
タ）１２および倍電圧整流器４を通り、インバータ負荷
５に供給する系統と、実施例１と同様に、太陽電池６か
らインバータ負荷５に供給する系統との２系統がある。
これら２つの電力供給系統からの供給電力を調整する制
御系として、太陽電池最適動作電圧追尾制御回路があ
る。太陽電池最適動作電圧追尾制御回路は、基準電圧発
生器７と、電位差変換器８と、比例変換器１３と、電圧
上下限リミッタ１４とからなる。

【００３０】太陽電池の最適動作電圧追尾は、商用電源
側のインピーダンス，太陽電池側のインピーダンス，イ
ンバータ負荷側のインピーダンスの少なくともひとつを
調整することで実行できる。従来技術では、太陽電池側
の電圧を変えて、インピーダンスをマッチングさせてい
た。この従来方法では、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび最
大出力点追尾制御装置（最適動作電圧追尾制御装置）を
必要とし、コストの上昇を招く大きな要因となるばかり
でなく、マイコンチップを使用するため、制御が複雑に
なり、トラブル発生の要因が大きくなる。一方、上記実
施例１においては、インバータ負荷を変えてインピーダ
ンスをマッチングさせた。

【００３１】これに対して、本実施例においては、従来
技術と同等の効果が得られ、しかも太陽電池最適動作電
圧追尾制御回路を設け、商用電源側の投入電圧を変えて
インピーダンスをマッチングさせる制御方法を採用して
いる。この太陽電池最適動作電圧追尾制御回路は、制御
系の構成が単純でコストが低い図４は、最適動作電圧追
尾制御回路を用いた図３のソーラーエアコンの運転特性
を示す模式図である。一般に市販されているエアコンに
太陽電池を単純に接続したソーラーエアコンでは、一定
負荷のもとでは、日射が低下すると不足電力を補うため
に商用交流電力が投入される。したがって、日射に比例
して商用電源の変動も大きくなる。日射が低下すると、
太陽電池のインピーダンスが小さくなるため、太陽電池
側の電圧が低下し、最適動作電圧を下回ることになり、
太陽電池の高効率運転ができなくなる。

【００３２】本実施例においては、太陽電池を用いない
エアコン単体による快適性をソーラーエアコンにおいて
も確保するために、基準電圧発生器７で太陽電池の最適
動作電圧を発生させて電位差変換器８に送り、電位差変
換器８で倍電圧整流器４の出口側電圧との差を求め、そ
の差信号を比例変換器１３に送り、商用電源の電圧調整
器１２の制御電圧に変換し、この制御電圧を電圧上下限
リミッタ１４を介して電圧調整器１２に送信して商用電
圧を下げ、太陽電池側電圧（倍電圧整流器４の出口電
圧）を最適動作電圧に制御する。電圧上下限リミッタ１
４の上限値は、電圧調整器の制御信号を制限するために
あり、電圧調整器下流に設置される素子の耐電圧で決定
される。電圧上下限リミッタ１４の下限値は、商用電源
から最低負荷電力の供給が可能な電圧で決定される。す
なわち、日射急変時に負荷電力を賄いきれずに異常停止
することを防止する。

【００３３】この制御方法を採用すると、太陽電池を高
効率運転するとともに太陽電池を使用しないエアコン単
体と同等の快適性を維持でき、信頼性が高く安価な最適
動作電圧追尾制御回路を提供できる。

【００３４】《実施例３》ソーラーエアコンによる快適
制御は、図３の実施例２で示した室温一定制御が最良で
あるが、将来問題となる商用交流電力系統の電源変動を
抑制し省エネルギー性をさらに高めることはできない。

【００３５】したがって、従来の快適性を維持しつつ、
商用電源の変動を緩和しつつ、高い省エネルギー性を達
成するには、実施例１の日射追従負荷制御方法と、実施
例２の最適動作電圧追尾制御方法とを併用した制御方法
が考えられる。

【００３６】この制御方法の基本的な考え方は、以下の
通りである。 Ａ．長いスパンの日射変化の場合 日射により変化する気温特性を利用する。すなわち、低
日射で気温が低下した時は、インバータ負荷を軽くして
も体感的な快適性は維持できる。ただし、太陽電池電圧
は、インバータ負荷を軽くした場合でも、最適動作電圧
で制御する。 Ｂ．小さな日射変化の場合 商用電源側の電圧を変えて太陽電池電圧を最適動作電圧
に維持し、負荷電力は通常負荷電力すなわち室温一定制
御の基でのインバータ負荷電力とする。

【００３７】図５は、快適性と省エネルギー性とを並立
させる本発明によるソーラーエアコン制御装置の一実施
例の系統構成を示すブロック図である。ソーラーエアコ
ンの電力供給系統は、商用交流電力系統１からエアコン
室内機２を経由し、エアコン室外機３の商用電圧調整器
１２および倍電圧整流器４を通り、インバータ負荷５に
供給する系統と、太陽電池６から倍電圧整流器４の出口
側を経由し、インバータ負荷５に供給される系統との２
系統がある。これら２つの電力供給系統からの供給電力
を調整する制御系は、基準電圧発生器７と、電位差変換
器８と、比例変換器１３と、電圧上下限リミッタ１４
と、ＯＮ−ＯＦＦ判定器９と、負荷電流リミッタ１０
と、インバータ負荷制御回路１１とからなる。

【００３８】図６は、日射追従負荷制御回路と最適動作
電圧追尾制御回路とを併用した図５のソーラーエアコン
の運転特性を示す模式図である。日射変動が小さい場合
は、太陽電池側の電圧変動が小さいため、太陽電池の最
適動作電圧制御での電圧制御幅も小さく、商用電源系統
の電源変動も小さい。気温の面では、日射変動が少ない
ことから、大きな低下にはならない。このような状況で
は、快適性を維持するために、実施例２に示した太陽電
池の最適動作電圧追尾制御を実行する。すなわち、基準
電圧発生器７で太陽電池の最適動作電圧を発生させ、電
位差変換器８に送り、倍電圧整流器４の出口側電圧との
差を求め、その差信号を比例変換器１３に送り、商用電
源の電圧調整器１２の制御電圧に変換し、その制御電圧
を電圧上下限リミッタ１４を介して電圧調整器１２に送
信し、商用電圧を下げ、太陽電池６側電圧（倍電圧整流
器４出口電圧）を最適動作電圧に制御する。電圧上下限
リミッタ１４の上限値は、日射追従負荷制御方法と最適
動作電圧追尾制御方法との分岐制御の判定値となる。日
射低下に伴い、太陽電池６の電圧が大きく低下し、電圧
調整器１２で太陽電池６の最適動作電圧追尾制御ができ
ず、電圧上限リミッタ１４が作動状態になったら、日射
追従負荷制御に移り、日射が回復したら、最適動作電圧
追尾制御に戻るようにする。したがって、ここに、示し
た電圧上限リミッタ１４は、素子の耐電圧を考慮し、商
用系統からの突入電力を制限する観点から決定される。

【００３９】日射変動が大きい場合は、太陽電池側の電
圧変動が大きいために、太陽電池の最適動作電圧制御で
の電圧制御幅も大きく、商用交流電力系統の電源変動も
大きい。気温の面では、日射変動が大きいことから、大
きく低下する。したがって、このような状況では、イン
バータ負荷を若干下げても、快適性は確保できる。この
ような状況では、日射追従負荷制御を実行する。すなわ
ち、電圧上限リミッタ１４の作動状態では、比例変換器
１３からの電圧差信号は、ＯＮ−ＯＦＦ判定器９に送ら
れ、負荷制御ＯＮ−ＯＦＦ信号を送るかどうかの判定が
なされ、差信号が正（基準電圧が高い）であれば、ＯＮ
状態の接点信号を負荷電流リミッタ１０を介してインバ
ータ負荷制御回路１１に送信し、インバータ負荷５を下
げる制御を実行する。ここで、インバータ負荷制御回路
１１は、負荷電流を制限する回路であり、通常のインバ
ータエアコンには過負荷制御回路として装備されてい
る。インバータ負荷制御回路１１は、ＯＮ−ＯＦＦの制
御信号で作動し、ＯＮ信号で負荷電流を下げる。負荷電
流リミッタ１０は、負荷電流を監視し、最低負荷電流で
あれば、ＯＦＦの状態を維持し、インバータ負荷制御回
路１１への制御信号の送信を解除する。したがって、エ
アコンを停止させることはない。

【００４０】この制御方法を採用すると、日照時の太陽
電池電圧を最適動作電圧に制御し、高効率運転を実行す
る一方で、大きな日射変動時には、インバータ負荷を下
げ、商用交流電力の投入を回避し、商用電源系統の電源
変動を抑制するとともに、商用交流電力を削減し、快適
性を維持しつつ省エネルギー効果が得られる。

【００４１】

【発明の効果】

(１)日射追従負荷制御系の効果 (イ)新しい機能 従来のソーラーエアコンでは、日射変化にかかわらず、
エアコンの要求電力が一定であることを前提としてお
り、太陽電池出力電力の不足分を商用交流電力で賄って
いたため、日射低下時には商用交流電力がパルス的に投
入されていた。したがって、商用電源系統の電源変動が
大きく、商用電源系統に悪影響を及ぼしていた。本発明
では、日射状況に対応して、太陽電池の電圧を最適動作
電圧になるようにインバータ負荷電力を制御し、日射低
下時に投入される商用交流電力を抑制する日射追従負荷
制御系を設けた。 (ロ)性能、効率の向上 その結果、日射変動に影響されず、常に太陽電池の電圧
を最適動作電圧に維持でき、太陽電池を高効率運転がで
きる。低日射時に、インバータ負荷電力を下げ、商用交
流電力の投入を抑制し、商用交流電力系統の電源変動を
軽減できる。 (ハ)経済性、簡略化 低日射時に、インバータ負荷電力を下げ、商用交流電力
の投入を抑制し、商用交流電力系統からの投入電力量を
軽減できる。簡単な比較回路でインバータ負荷電力を調
整し、太陽電池の電圧を最適動作電圧にできるので、装
置のコストを低減できる。

【００４２】(２)最適動作電圧追尾制御系の効果 (イ)新しい機能 従来のソーラーエアコンでは、太陽電池の電圧を最適動
作電圧にするために、最適動作電圧追尾制御装置を用
い、太陽電池側に接続したＤＣ／ＤＣコンバータを制御
していたので、コストの上昇を招くばかりでなく、マイ
コンチップを使用し複雑な制御を実行していたので、ト
ラブル要因が多くなっていた。これに対して、本発明で
は、簡単な比較回路を用いて商用電源側の電圧を調整
し、太陽電池の電圧を最適動作電圧にする最適動作電圧
追尾制御系を設けた。 (ロ)性能、効率の向上 日射変動に影響されず、常に太陽電池の電圧を最適動作
電圧に維持でき、太陽電池の高効率運転ができる。 (ハ)経済性、簡略化 簡単な比較回路で商用電源側の電圧を調整し、太陽電池
の電圧を最適動作電圧に維持できるので、装置のコスト
を低減できる。

【００４３】(３)日射追従負荷制御系と最適動作電圧追
尾制御系との併設制御系の効果 (イ)新しい機能 太陽電池を用いるソーラーエアコンの目的は、従来のエ
アコンの快適性を損なわないで、省エネルギー効果を上
げることである。しかし、従来の方式では、快適性を維
持しつつ省エネルギー効果をさらに上げることはできな
かった。これに対して、本発明では、日射状況に対応し
て太陽電池の電圧を最適動作電圧になるようにインバー
タ負荷電力を制御する制御系と、簡単な比較回路を用い
て商用電源側の電圧を調整し太陽電池の電圧を最適動作
電圧にする制御系とを併用し、日射変動が少ない場合
は、商用電源側の電圧を調整して太陽電池の電圧を最適
動作電圧にする制御系を使用し、日射変動が大きい場合
は、日射変動に対応して太陽電池の電圧を最適動作電圧
になるようにインバータ負荷電力を制御する機能を有す
る制御系を設けた。 (ロ)性能、効率の向上 日射低下が小さい場合は、インバータ負荷調整は行なわ
ず、日射低下が大きい場合だけ負荷を下げ、すなわち、
日射低下に伴い気温が下がった状況下でのみインバータ
負荷を下げ、快適性を維持できる。日射変動に影響され
ず、常に太陽電池の電圧を最適動作電圧に維持でき、太
陽電池の高効率運転ができる。低日射時には、インバー
タ負荷電力を下げるので、商用交流電力の投入を抑制で
き、商用交流電力系統の電源変動を軽減できる。 (ハ)経済性、簡略化 低日射時にインバータ負荷電力を下げ、商用交流電力の
投入を抑制し、商用交流電力系統からの投入電力量を軽
減できる。簡単な比較回路で商用電源側の電圧を調整
し、インバータ負荷電力を調整し、太陽電池の電圧を最
適動作電圧にして、コストを低減できる。

【００４４】(４)日射量追従制御系の効果 (イ)新しい機能 太陽電池を用いるソーラーエアコンの目的は、従来のエ
アコンの快適性を損なわないで、省エネルギー効果を上
げることである。しかし、従来の方式では、快適性を維
持しつつ省エネルギー効果を上げることはできなかっ
た。省エネルギー性を最も高めるには、太陽電池単独電
源による運転を可能にすることである。そこで、本発明
においては、日射の状況すなわち太陽電池出力に応じて
インバータ負荷電力を制御する日射量追従制御系を設け
た。 (ロ)性能、効率の向上 日射時には、太陽電池の出力だけでエアコンを運転で
き、省エネルギー効果が最も高くなる。 (ハ)経済性、簡略化 商用交流電力を負荷に供給しないでエアコンを運転で
き、電力料金の大幅な削減となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による日射追従負荷制御回路を備えたソ
ーラーエアコンの制御系統の構成の一例を示すブロック
図である。

【図２】本発明による日射追従負荷制御回路を備えたソ
ーラーエアコンの運転特性を示す模式図である。

【図３】本発明による最適動作電圧追尾制御回路を備え
たソーラーエアコンの制御系統の構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図４】本発明による最適動作電圧追尾制御回路を備え
たソーラーエアコンの運転特性を示す模式図である。

【図５】本発明による日射追従負荷制御回路と最適動作
電圧追尾制御回路とを併用したソーラーエアコンの制御
系統の構成の一例を示すブロック図である。

【図６】本発明による日射追従負荷制御回路と最適動作
電圧追尾制御回路とを併用したソーラーエアコンの運転
特性を示す模式図である。

【図７】インバータ負荷側に太陽電池を直接接続して、
何ら制御せずに運転した場合の室温および電力系統の状
態変化を示す模式図である。

【図８】太陽電池の基本特性を示す図である。

【図９】ＤＣ／ＤＣコンバータを介して太陽電池の出力
をインバータ負荷に供給する従来のソーラーエアコンの
系統構成の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 商用電源 ２ エアコン室内機 ３ エアコン室外機 ４ 倍電圧整流器 ５ インバータ負荷 ６ 太陽電池 ７ 基準電圧発生器 ８ 電位差変換器 ９ ＯＮ−ＯＦＦ判定器 １０ 負荷電流リミッタ １１ インバータ負荷制御回路 １２ 電圧調整器 １３ 比例変換器 １４ 電圧上下限リミッタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電力を整流器により整流した直
   流電力と太陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力
   とをインバータ回路により調整して電気負荷機器に供給
   するソーラーエアコンにおいて、 前記太陽エネルギー電気変換器の最適動作電圧を発生す
   る基準電圧発生器と、 前記基準電圧発生器の出力電圧と前記整流器の出口側電
   圧とを比較し電圧差信号を出力する電位差変換器と、 前記電位差信号に基づき前記電気負荷機器の制御の要否
   を判定する負荷制御判定器と、 前記判定の結果に基づき前記太陽エネルギー電気変換器
   の出力電圧が最適動作電圧を常に保つように電気負荷機
   器の負荷電流を制御する負荷制御回路と、 前記負荷電流の最低値を制限する負荷電流リミッタとか
   らなることを特徴とするソーラーエアコン。
2. 【請求項２】 商用交流電力を整流器により整流した直
   流電力と太陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力
   とをインバータ回路により調整して電気負荷機器を供給
   するソーラーエアコンにおいて、 前記太陽エネルギー電気変換器の最適動作電圧を発生す
   る基準電圧発生器と、 前記基準電圧発生器の出力電圧と整前記流器の出口側電
   圧とを比較し電圧差信号を出力する電位差変換器と、 前記電位差信号を前記整流器への入力電圧を制御する信
   号に変換する比例変換器と、 前記整流器入力電圧制御信号に基づき商用交流電圧を調
   整し太陽電池出力電圧を最適動作電圧に制御する電圧調
   整器と、 前記電圧調整器の上下限電圧を制限するリミッタとから
   なることを特徴とするソーラーエアコン。
3. 【請求項３】 商用交流電力を整流器により整流した直
   流電力と太陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力
   とをインバータ回路により調整して電気負荷機器を供給
   するソーラーエアコンにおいて、 前記太陽エネルギー電気変換器の最適動作電圧を発生す
   る基準電圧発生器と、 前記基準電圧発生器の出力電圧と前記整流器の出口側電
   圧とを比較し電圧差信号を出力する電位差変換器と、 前記電位差信号に基づき前記電気負荷機器の制御の要否
   を判定する負荷制御判定器と、 前記判定の結果に基づき前記太陽エネルギー電気変換器
   の出力電圧が最適動作電圧を常に保つように電気負荷機
   器の負荷電流を制御する負荷制御回路と、 前記負荷電流の最低値を制限する負荷電流リミッタと、 前記電位差信号を前記整流器への入力電圧を制御する信
   号に変換する比例変換器と、 前記整流器入力電圧制御信号に基づき商用交流電圧を調
   整し太陽電池出力電圧を最適動作電圧に制御する電圧調
   整器と、 前記電圧調整器の上下限電圧を制限し前記商用交流電圧
   が上限に達したときに前記負荷制御回路による制御に切
   換え日射が回復した時に前記電圧調整器による制御に戻
   すリミッタとからなることを特徴とするソーラーエアコ
   ン。
4. 【請求項４】 商用交流電力を整流器により整流した直
   流電力と太陽エネルギー電気変換器で発生した直流電力
   とをインバータ回路により調整して電気負荷機器を供給
   するソーラーエアコンにおいて、 日射量を測定センサと、 前記日射量に基づき前記電気負荷機器の制御の要否を判
   定する負荷制御判定器と、 前記判定の結果に基づき前記太陽エネルギー電気変換器
   の出力電圧が最適動作電圧を常に保つように電気負荷機
   器の負荷電流を制御する負荷制御回路と、 前記負荷電流の最低値を制限する負荷電流リミッタとか
   らなることを特徴とするソーラーエアコン。